Stromversorgung als IIoT-Enabler
Erstes DIN-Schienen-Netzteil mit IO-Link-Schnittstelle
Durch eine Kommunikationsschnittstelle an der Stromversorgung stellt Puls Systemdaten bereit, die bisher nicht zugänglich waren. Anwender erhalten damit Einblicke in die Leistungsanforderungen und physikalischen Abläufe ihres Systems.
Die Stromversorgung sitzt an einem zentralen Knotenpunkt im System. Dort erfasst sie Echtzeitinformationen, die für den Betrieb des Gesamtsystems interessant sind. Unter anderem sind folgende Daten über die Stromversorgung erhältlich: Wie hoch sind Ausgangsstrom und Ausgangsspannung? Wie lange ist die verbleibende Lebensdauer des Geräts? Wie entwickelt sich die Temperatur in der Anwendung? Wie stark ist das Netzteil ausgelastet? Wie steht es um die Qualität der Netzspannung?
Die Daten können bei der Steigerung der Anlagenverfügbarkeit und der Senkung der Wartungs- und Betriebskosten helfen. Damit hat die Stromversorgung das Potenzial, parallel zu ihrer Funktion als Wandler auch als Sensor zu fungieren und einen Beitrag zum Industrial Internet of Things zu leisten.
Puls bringt nun eine Stromversorgung auf den Markt, die den Anwendern solche Systemdaten zugänglich macht: Das Dimension QT40.241-B2 ist das weltweit erste DIN-Schienen-Netzteil mit IO-Link-Schnittstelle. Die Stromversorgung verfügt über eine fest integrierte vierpolige M12-Buchse an der Vorderseite, die zur Verbindung mit dem IO-Link-Master genutzt werden kann.
Damit lässt sie sich einfach in bestehende IO-Link-Systeme integrieren und kann auf diese Weise aktiv zum besseren Verständnis der Anwendung sowie zur Prozessoptimierung beitragen. Leistungsdaten und Betriebskosten werden transparent. Außerdem erhält der Anwender Warnmeldungen im Fehlerfall.
Die Vorteile von IO-Link
Die Verbindung über IO-Link erlaubt auch die Ferndiagnose und Parametrierung der Stromversorgung über die Anwender-Software des Automatisierungssystems. Neben dem Einstellen der Ausgangsspannung ist das Ein- und Ausschalten des Geräts aus der Ferne möglich.
Der Bauteilaufwand für eine IO-Link-Schnittstelle ist im Vergleich zu komplexeren Kommunikationsprotokollen relativ gering. Dadurch bleibt der MTBF-Wert der Stromversorgung konstant hoch. Für das QT40.241-B2 wird die MTBF mit 678.000 Stunden angegeben. Selbst unter extremen Bedingungen von 3-Phasen-Wechselstrom mit 480 V, durchgängier Volllast und 40 °C Umgebungstemperatur erreicht das Netzteil noch eine Lebensdauer von 66.000 Stunden. Damit eignet sich das IO-Link-fähige QT40 insbesondere für ausfallkritische Anwendungen, beispielsweise in der Automobilindustrie, Fabrikautomatisierung und Prozessindustrie.
Das verbaute IO-Link-Modul, das der IO-Link-Spezifikation V1.1 entspricht, arbeitet autark von der eigentlichen AC/DC-Wandlung des Geräts. Somit hätte ein Ausfall des IO-Link-Kommunikationsmoduls keinen Einfluss auf die Funktionalität und Verfügbarkeit der Wandlerfunktion im Netzteil.
Sollte es zu einem Defekt der Stromversorgung kommen, kann das Modul eine Fehlermeldung an die übergeordnete Steuerung ausgeben. Dann kann das Protokoll von außen abgefragt werden, um die Situation, die zum Ausfall geführt hat, zu analysieren und nach einer Lösung zu suchen. Die erhobenen Netzteildaten sind im integrierten Speicher abgelegt, der sich über einen handelsüblichen IO-Link/USB-Master abfragen lässt.
Das in einem 110 mm x 124 mm x 127 mm untergebrachte QT40.241-B2 erzielt einen Wirkungsgrad von bis zu 95,3 %. Alle bewährten Eigenschaften des ursprünglichen QT40, das bereits 2009 auf den Markt kam, stehen bei dem neuen Gerät ebenfalls zur Verfügung. Das Netzteil bietet eine Leistungsreserve von 50 %. Zum Starten starker Verbraucher erzeugt es also für eine Dauer von 5 s bis zu 1440 W.
Für das QT40 stellt Puls mit der IODD-Datei (IO Device Description) eine elektronische Gerätebeschreibung bereit. Diese enthält sämtliche Informationen, die für die Systemintegration benötigt werden.
Machine Learning mit digitalen Lastprofilen
Daten, wie sie das QT40.241-B2 erfasst, sind grundlegend für die technischen Innovationen der kommenden Jahre. Puls denkt dabei vor allem an die wachsende Bedeutung von Machine Learning in Zusammenhang mit Industrie 4.0. Das Netzteil liefert bereits jetzt präzise Messwerte des Ausgangsstroms – also des Laststroms. Mittels dieser Werte ist es möglich, digitale Lastprofile zu erkennen und zu beschreiben.
Beispielsweise lässt sich erkennen, ob sich eine Last über einen längeren Zeitraum hinweg verändert. Eine solche Veränderung kann ein Anzeichen für Verschleißerscheinungen in der Maschine oder Anlage sein. Eine computergestützte Datenanalyse auf Basis künstlich-neuronaler Netzwerke könnte eine Anomalie erkennen und melden.
Der nächste Entwicklungsschritt wäre dann eine ebenfalls automatisierte Entscheidungsfindung zum weiteren Vorgehen mittels künstlicher Intelligenz. Das Netzteil als Datenquelle ermöglicht auf diese Weise völlig neue Möglichkeiten in der Nutzung von Daten im Fabrikumfeld.
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